基于特征参量控制的工程结构设计方法研究

基于"频率控制设计"和"模态控制设计"的实际工程经验以及"人与结构相互作用"的国际合作研究成果，提出基于结构特征参量控制的工程结构初步设计、概念设计和构造设计新方法。进行人员、人群、车辆、设备和环境等的频率测试和卓越频率频谱统计；进行振型向量与结构相对刚度、局部稳定性间关系的研究；进行"不良振型"，如局部振型、非荷载方向振型、扭转振型和复合振型等与结构的设计方案、施工方案缺陷间关系的研究；进行结构类型与布局、构件类型与尺寸和材料类型与等级等相对于工程结构特征参量的灵敏性分析；进而进行基于结构特征参量控制的工程结构概念设计和构造设计量化方法的研究；以最大程度地降低结构自振频率与人或环境频率的遇合几率，最大程度地消减或延滞不利振型出现的阶次；进一步提高工程结构的安全性、功能性，经济性以及人的舒适性水平。

1）进行了典型车辆和人员的频率测试和卓越频率的统计工作, 得出小客车的基本频率主要分布在20~50Hz之间的结论。.2）提出了振型的方向系数计算法，较振型方向因子法和振型质量参与系数法更具可比性，更易进行振型类型的识别。.3）进行了高耸混凝土结构基本频率影响参数的灵敏性分析，强调指出进行高耸结构基本频率的控制，应以重点改变上部结构的质量分布和下部结构的刚度为基本原则；降低重心、增设斜撑以及提高下部结构混凝土强度均是提高结构基本频率的有效方法之一；但是，过度增加楼板的厚度，则反而可能导致高耸结构基本频率的降低。另外，研究了基于频率控制的大型渡槽三向预应力张拉方案设计问题。.4）提出了“不良振型”的基本概念，强调指出结构体系不利位移或变形的产生，必有“局部振型”、“扭转振型”、“非荷载方向振型”以及“耦合振型”等不良振型的伴随出现。进而研究了扭转不规则结构、平面狭长结构、凹凸不规则结构以及空旷结构与不良振型间的对应关系问题。.5）分析了扫地杆、剪刀撑等安装缺陷与扣件式钢管架支撑体系不良振型间的关系问题；研究了杆件间距、扣件拧紧力矩以及搭设高度等参数对支撑体系刚度及施工稳定性的影响问题；研究成果可用于对扣件式钢管架模板支撑体系的施工组织设计。.6）强调指出，结构的频率向量反映了结构自身绝对刚度和质量的分布情况，振型向量则反映了结构体系相对刚度和质量的分布情况。与反映结构体系细部受力特征的应力、应变相比，频率和振型能更好地从宏观上把握结构整体和局部的力学特性，且不涉及荷载工况的组合问题，因而更适合用于指导结构体系的概念设计和构造设计。并将这一概念成功地应用于鄄城黄河公路大桥优化设计，曲线桥、叠合桥，以及斜靠式拱桥的优化设计，钝体结构优化设计，以及框架节点优化设计之中。.目前，已由科学出版社出版专著1部。发表论文28篇，其中，国际期刊论文1篇，国内核心期刊论文20篇，为ISTP检索3篇，EI检索7篇。通过省级鉴定1项，达国内领先水平。获得省建设科学技术进步壹等奖1项。培养博士2名，1名已毕业；培养硕士生9名，5名已毕业；培养青年骨干教师2名。